Короткий опис

Складні пристрої з інтегральними схемами та низькою напругою живлення все частіше не проходять випробування на стійкість до перешкод. Виявлення та усунення слабких місць є справжнім викликом у таких складних пристроях. Швидке, специфічне та, отже, економічно ефективне усунення слабких місць вимагає ефективних стратегій та відповідного обладнання для систематичного аналізу стійкості на рівні плати.

1 Передмова

Складні пристрої з інтегральними схемами та низькою напругою живлення все частіше не проходять випробування на стійкість до перешкод. Виявлення та усунення слабких місць є справжнім викликом у таких складних пристроях. Швидке, специфічне та, отже, економічно ефективне усунення слабких місць вимагає ефективних стратегій та відповідного обладнання для систематичного аналізу стійкості на рівні плати.

2 Вступ

Зниження напруги живлення інтегральних схем у складних модулях та, як наслідок, зниження стійкості до перешкод сигналу призводять до частіших збоїв у випробуваннях на стійкість. Стандартне випробувальне обладнання використовується для тестування електронних пристроїв в цілому (принцип "чорної скриньки") і практично не дозволяє провести глибоке дослідження шляхів проходження струму перешкод через модуль та виявити фактичні слабкі місця. З цієї причини заходи фільтрації та екранування часто застосовуються до тестованого пристрою методом спроб і помилок, а потім модифікуються до досягнення необхідної стійкості. Тривалі пошуки та часті лабораторні випробування неминуче призводять до збільшення часу розробки, що також призводить до збільшення витрат на розробку. Крім того, виробничі витрати зазвичай зростають через фільтри та екранування, які часто розташовані в неправильних місцях і тому потребують надмірного проектування.

Оскільки випробувальна установка для перевірки відповідності аж ніяк не ідеальна для аналізу стійкості, необхідні нові інструменти розробки для виконання аналізу стійкості безпосередньо в схемі. Найважливішою частиною цього інструментарію є генератор пакетів, який призначений для усунення проблем безпосередньо в схемі. Цей генератор імпульсів безперервно генерує випадкову послідовність змінних імпульсів напруги до 1500 В. Порівняно з генераторами швидких електричних перехідних процесів/імпульсів EFT/B (електричні швидкі перехідні процеси/імпульси), ці імпульси мають нижчу енергію перешкод і можуть бути введені безпосередньо в електронні модулі для пошуку слабких місць відповідно до стандарту EN 61000-4-4. Завдяки прямому введенню енергії перешкод достатньо для створення аналогічного ефекту перешкод, як і у зовнішньо підключеного генератора EFT/B. Ця нижча енергія перешкод знижує ризик пошкодження електронних компонентів під час пошуку слабких місць. Ще однією відмінною рисою генератора імпульсів є його плаваючі виходи. Завдяки цим плаваючим виходам програміст може вводити згенеровані імпульси у вибрані області модуля, навіть незалежно від системи заземлення. Це дозволяє дуже швидко локалізувати слабкі місця в модулі, досліджуючи шлях струму короткого замикання ділянку за ділянкою. Генератор імпульсів також може використовуватися для живлення джерел поля та підведення магнітних та електричних полів, які вони генерують, до модуля для більш детального аналізу. Крім того, шляхи, якими протікає струм перешкоди через модуль, можна аналізувати за допомогою зондів магнітного поля або оптичного датчика.

3 Основна секція

3.1 Аналіз шляхів струму перешкоди

Струм перешкоди від генератора імпульсів проходить через модуль різними шляхами для аналізу шляхів струму перешкоди. Аналіз починається з введення струму перешкоди, пов'язаного із землею, в лінії живлення або інтерфейси модуля та спостереження за функціональними несправностями в тестованому пристрої. Цей підхід використовується для моделювання картини несправностей, що виникли під час випробування на відповідність. Потім слабке місце звужується на наступних етапах шляхом введення струму перешкоди в окремі секції модуля. Завдяки змінним виходам генератора імпульсів, струм перешкоди також може вводитися у вибрані ділянки модуля незалежно від системи заземлення.

Рис. 1. Введення струму перешкоди в тестований пристрій незалежно від системи заземлення для аналізу шляхів струму перешкоди.

3.2 Виявлення слабких місць за допомогою джерел поля.

Залежно від щільності упаковки модуля, слабкі місця можна звузити до певної групи компонентів або провідникових структур у більшості випадків шляхом аналізу шляхів струму перешкоди. Оскільки магнітні та електричні імпульсні поля введених струмів і напруг в першу чергу відповідають за перешкоди в інтегральній схемі, вони будуть досліджені на наступному кроці. Ці поля можна моделювати за допомогою джерел поля та вводити у вибрані з'єднання компонентів або провідникові структури. Функціональні помилки в тестованому пристрої також використовуються для звуження слабкої точки. Залежно від розміру джерела поля, слабку точку можна знайти з точністю до кількох міліметрів. Це дозволяє локалізувати навіть окремі чутливі контакти з'єднання ІМС.

3.3 Аналіз сплесків магнітного поля

Третя стратегія вимірювання використовується для аналізу розподілу магнітних полів перешкод на модулі. Інтерференційний струм вводиться в тестовану область модуля через провідники. Інтерференційний струм генерує магнітні поля навколо провідників, через які він протікає, які потім можна виміряти за допомогою зонда магнітного поля. Зонд магнітного поля генерує світлові імпульси, частота яких залежить від середньої щільності магнітного потоку. Зонд магнітного поля підключений через оптоволоконний кабель до оптичного входу лічильника щільності імпульсів, який інтегрований з генератором пакетів. Значення, що відображається на лічильнику щільності імпульсів, пропорційне щільності магнітного потоку. Орієнтацію магнітного поля можна визначити, обертаючи та нахиляючи зонд магнітного поля. Таким чином, зонд магнітного поля можна використовувати для відстеження та аналізу конфігурації поля та, отже, шляху інтерференційного струму через модуль.

Рис. 2: Введення струму перешкод у випробуваний пристрій незалежно від системи заземлення для аналізу шляхів струму перешкод

3.4 Моніторинг логічних сигналів та аналіз рівнів стійкості

Четверта стратегія використовується для моніторингу певних логічних сигналів на модулі за допомогою датчиків. Датчик підключається до сигналу, що контролюється, та перетворює його на світлові сигнали. Оскільки сигнали передаються через оптичне волокно, їх можна вимірювати без взаємодії, навіть під впливом екстремальних полів перешкод. Моніторинг логічних сигналів в основному включає детерміновані логічні сигнали, такі як скидання, тактовий сигнал та CE (включення мікросхеми). Сигнали даних також можна контролювати, якщо послідовності даних відомі. Важливо, щоб несправності можна було чітко ідентифікувати в контрольованому сигналі. Генератор пакетів або джерела поля використовуються для безпосереднього введення перешкод у модуль. Ця процедура також надає додаткову інформацію про процеси/події, що викликають перешкоди, всередині модуля. Це дуже корисно, якщо функціональні несправності неможливо ідентифікувати зовні або вони значно затримуються через операції обробки. Аналогічно, можна перевірити ефективність заходів електромагнітної сумісності. Логічний сигнал зі збуреннями контролюється за допомогою датчика, а виміряні значення порівнюються з впровадженим заходом електромагнітної сумісності (ЕМС) та без нього. Це дозволяє швидко та надійно оцінювати модифікації модуля.

4 Короткий зміст

Спеціальні процедури вимірювання та випробувань можуть бути використані для систематичного введення імпульсів перешкод в окремі області модуля під час його розробки. Відтворюються шаблони помилок та аналізуються шляхи струмів перешкод для виявлення слабких місць стійкості. Це дозволяє швидко та ефективно виявляти фактичні слабкі місця. На основі цього можна вибрати відповідні заходи ЕМС. Ефективність впроваджених заходів перевіряється безпосередньо на платі. Цей систематичний аналіз стійкості до перешкод дозволяє швидко та цілеспрямовано виявляти та усувати слабкі місця. Зрештою, це означає скорочення часу та витрат на розробку завдяки меншій кількості випробувань у лабораторії, а також зниження виробничих витрат завдяки обраним та відповідним заходам ЕМС.

5 Посилання

• DIN Німецький інститут нормування: DIN EN 61000-4-4 Електромагнітна сумісність (ЕМС) - частина 4-4. Берлін: Beuth Verlag GmbH; 2013
• Langer, G.: E1 система розвитку імунітету. Bannewitz: Langer EMV-Technik GmbH; 2014
• Лангер, Г.: Перешкодостійкість – Експериментальний семінар, навчальний матеріал. Bannewitz: Ingenieurbüro Langer; 2009